TIMSS 2019

TIMSS steht für Trends in International Mathematics and Science Study und ist eine internationale Schülerleistungsstudie und ein Forschungsprojekt der unabhängigen Forschergemeinschaft IEA (International Association for the Evaluation of Educational Achievement). TIMSS erfasst seit 1995 alle vier Jahre die Mathematik- und Naturwissenschaftskompetenz auf der 4. und 8. Schulstufe, zuletzt 2019.

Eine wesentliche Neuerung stellt 2019 die Einführung der computerbasierten Testumgebung (eTIMSS) dar. Die Computeradministration eignet sich besonders gut für interaktive Aufgaben, die eine tiefere Auseinandersetzung mit den Inhalten sowie die Aktivierung höherer kognitiver Fähigkeiten ermöglichen. Darüber hinaus werden die Problemlösewege der Schüler/innen digital erfasst. Diese Daten könnten in weiterer Folge zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Kinder dieser Altersstufe an mathematische oder naturwissenschaftliche Probleme herangehen.

In Österreich finden seit 1995 Erhebungen auf der 4. Schulstufe statt. Die Stichprobe wurde zwischen März und Juni 2019 erhoben und umfasste 259 Schulen mit zumindest einer Klasse pro Schule. Insgesamt wurden ca. 7.000 Schüler/innen getestet. Um Unterschiede zwischen den Erhebungsmethoden zu erkennen, führten ca. 5.000 Schüler/innen den Test am Computer durch, ca. 2.000 wie in früheren Studien in papierbasierter Form.

An TIMSS 2019 nahmen auf der 4. Schulstufe insgesamt 58 Länder und 6 Bildungsregionen teil, darunter fast alle EU-Länder. Etwas mehr als die Hälfte beteiligte sich an eTIMSS. Insgesamt liegen die Daten von etwa 350.000 Schülerinnen und Schülern vor, zusammen mit den Angaben ihrer Eltern, Lehrpersonen und Schulleiter/innen. Sie erlauben vielfältige Analysen und können dazu beitragen, Unterricht und schulische Rahmenbedingungen zu verbessern. Durch gemeinsame Kalibrierung und Skalierung sind die Daten beider Erhebungsgruppen miteinander vergleichbar. Durch den Einsatz von Aufgaben, die bereits in früheren Studien eingesetzt wurden, ist ein längsschnittlicher Vergleich mit früheren Erhebungen möglich.

Mathematikkompetenz im internationalen Vergleich

Die österreichischen Schüler/innen erzielen in Mathematik mit 539 Punkten ihre beste Leistung aller bisherigen Erhebungen und liegen im internationalen Vergleich gemeinsam mit den Niederlanden auf geteilten Rangplätzen 13–14. Im EU-Vergleich ist Österreich damit im oberen Drittel (geteilter Rangplatz 5–8) platziert.

Österreichs Schüler/innen können sich seit der letzten Teilnahme 2011 um 31 Punkte verbessern. Besonders die Gruppe der schwächsten Schüler/innen verkleinert sich von 5 % auf nur noch 2 %.  Umgekehrt schaffen es 9 % der Schüler/innen, die höchste Kompetenzstufe zu erreichen. Im Jahr 2011 waren es nur 2 %.

Die besten mathematischen Ergebnisse der teilnehmenden EU-Länder erzielen, ähnlich wie 2015, die Schüler/innen Nordirlands (566 Punkte), gefolgt von England und Irland. Im weltweiten Vergleich erzielen die Schüler/innen Singapurs mit 625 Punkten die besten Mathematik-Leistungen. Das bedeutet einen Vorsprung von mindestens 23 Punkten auf die Schüler/innen auf den geteilten Rangplätzen 2–4 in Hongkong (602 Punkte), Korea (600) und Taiwan (599). Den 5. Rangplatz belegt Japan (593). Damit liegen die Schüler/innen Ostasiens wie schon 2015 und 2011 mit großem Abstand vor allen anderen. 2019 trennen sie mindestens 26 Punkte von den Schülerinnen und Schülern der besten EU-Länder.

Leistungsstarke und leistungsschwache Schüler/innen – Mathematik

Österreich weist in Mathematik einen Anteil von 9 % leistungsstarken Schülerinnen und Schülern auf und liegt damit im EU-Schnitt. Diese Schüler/innen erreichen die Kompetenzstufe 4 und können ihr mathematisches Wissen und Verständnis in einer Vielzahl komplexer Situationen anwenden sowie ihre Argumentation erläutern. Die größte Gruppe an Schülerinnen und Schülern in der höchsten Kompetenzstufe findet sich in England (21 %), das von allen an TIMSS 2019 teilnehmenden Ländern auch den größten Zuwachs seit der ersten Erhebung verzeichnet.

In Österreich gibt es im Vergleich zu anderen EU-Ländern mit 16 % relativ wenig leistungsschwache Schüler/innen (Kompetenzstufe 1 und darunter). Dazu gehören Schüler/innen, die nur über grundlegende mathematische Kenntnisse verfügen (bspw. Grundrechnungsarten mit ein- oder zweistelligen Zahlen durchführen und einfache Textaufgaben lösen) und Schüler/innen, die so wenige Aufgaben lösen, dass daraus keine Kompetenzbeschreibung abgeleitet werden kann. Den größten Anteil an leistungsschwachen Schülerinnen und Schülern in Europa gibt es in Frankreich (43 %).

Teilbereiche in Mathematik

Mathematik kann in die inhaltlichen Teilbereiche Zahlen, Maße und Geometrie sowie Daten geteilt werden. Im Vergleich zu TIMSS 2011 ist in Österreich die Leistungssteigerung in Mathematik am stärksten im Bereich Zahlen verortet. Im Bereich Daten weisen heimische Schüler/innen eine relative Schwäche auf. Im Vergleich der kognitiven Teilbereiche Wissen, Anwenden und Begründen zeigen Österreichs Kinder weder besondere Stärken noch Schwächen.

Naturwissenschaftskompetenz im internationalen Vergleich

In Naturwissenschaft erreichen Österreichs Schüler/innen 522 Punkte und befinden sich damit im europäischen Mittelfeld. Die besten Ergebnisse der teilnehmenden EU-Länder in Naturwissenschaft erzielen wie bereits 2015 die Schüler/innen Finnlands mit 555 Punkten. Mit 13 Punkten Abstand folgt eine Gruppe mit Lettland, Litauen, Schweden und England, die zusammen auf geteilten Rangplätzen zwischen 2 und 5 liegen.

Der Trend zeigt, dass Naturwissenschaftsleistungen in den teilnehmenden Ländern weniger konsistent sind als jene in Mathematik. In sechs europäischen Ländern sind negative Entwicklungen zu verzeichnen, darunter auch in Österreich. Die Leistungen der heimischen Schüler/innen fielen seit TIMSS 2011 um 9 Punkte. Die Gruppe der leistungsschwachen Schüler/innen in Naturwissenschaft stieg dabei von 21 % auf 25 %, die der leistungsstarken blieb etwa gleich. Vergleicht man die Ergebnisse 2019 mit jenen im Jahr 1995, so fällt der Mittelwert um 16 Punkte – das ist der größte Verlust im Vergleich der europäischen Teilnehmerländer.

Die Spitzenergebnisse in Naturwissenschaft fallen ähnlich wie 2015 aus. Singapur (595 Punkte) teilt sich die ersten Rangplätze mit Südkorea. Dahinter folgen die Russische Föderation (567) und Japan (562). Am nächsten Rangplatz liegen die Schüler/innen Taiwans (558). Die 2015 ebenfalls herausragenden Schülerleistungen Hongkongs fielen 2019 stark ab.

Leistungsstarke und leistungsschwache Schüler/innen – Naturwissenschaft

Österreich weist in Naturwissenschaft einen Anteil von 7 % leistungsstarken Schülerinnen und Schülern auf – das ist vergleichbar mit dem EU-Schnitt. Diese Schüler/innen erreichen die Kompetenzstufe 4. Sie kennen Eigenschaften und Zusammenhänge, können ihr naturwissenschaftliches Verständnis mitteilen und verfügen über erste Vorstellungen von wissenschaftlichen Arbeitsverfahren. Die größten Gruppen an Schülerinnen und Schülern in der höchsten Kompetenzstufe finden sich in Finnland und Bulgarien (je 15 %).

Mit einem Anteil von 25 % leistungsschwachen Schülerinnen und Schülern liegt Österreich ebenfalls im EU-Schnitt. Diese Gruppe enthält Schüler/innen auf Kompetenzstufe 1, die über Grundwissen in Biologie, Erdkunde und Physik verfügen, sowie solche unter Stufe 1. Letztgenannte lösen so wenige Aufgaben, dass daraus keine Kompetenzbeschreibung abgeleitet werden kann. In Europa weisen Frankreich und Malta den größten Anteil an Schülerinnen und Schülern der leistungsschwachen Gruppe auf. Finnland hat den geringsten Anteil.

Teilbereiche in Naturwissenschaft

Naturwissenschaft setzt sich aus den Teilbereichen Biologie, Physik und Erdkunde zusammen. In Österreich bleibt im Vergleich zu TIMSS 2011 nur Biologie praktisch unverändert. Verluste zeigen sich in den Bereichen Physik und Erdkunde. Im Vergleich der kognitiven Teilbereiche Wissen, Anwenden und Begründen zeigen Österreichs Kinder weder besondere Stärken noch Schwächen.

Demografische Merkmale und familiäres Umfeld

Kompetenzen nach Geschlecht

In Österreich zeigen Buben höhere Mathematikleistungen. Der Unterschied ist im Schnitt zwar klein, aber von 10 leistungsstarken Schülerinnen und Schülern in Österreich sind 6 männlich und nur 4 weiblich. In beinahe der Hälfte aller Länder zeigen Buben und Mädchen der 4. Schulstufe gleiche Mathematikleistungen. In den meisten anderen Ländern sind Buben besser in Mathematik, in nur 4 Ländern schneiden Mädchen besser ab. In den teilnehmenden EU-Ländern erbringen Buben in rund zwei Dritteln der Länder höhere Leistungen als Mädchen. In keinem Land schneiden Mädchen besser ab.

Zum ersten Mal seit Beginn der Erhebungen kann in Österreich kein Geschlechterunterschied in den Naturwissenschaftskompetenzen festgestellt werden – in früheren Erhebungen schnitten Buben immer besser ab. In über der Hälfte aller Länder schneiden in Naturwissenschaften Buben und Mädchen gleich ab. Allerdings zeigen in 18 der verbleibenden Ländern Mädchen bessere Leistungen als Buben. Umgekehrt gibt es 7 Länder, in denen Buben besser sind. Im EU-Vergleich zeigen Buben in nur 3 Ländern höhere Kompetenzen. Ansonsten sind die Leistungen von Buben und Mädchen vergleichbar.

Freude und Selbstkonzept

Sowohl in Österreich als auch im europäischen Schnitt geben mehr Grundschüler/innen hohe Freude am Fach Naturwissenschaft an als am Fach Mathematik. In Österreich und auch im EU-Schnitt berichten Buben in Mathematik über mehr Freude am Fach sowie über ein höheres Selbstkonzept als Mädchen. In Naturwissenschaft zeigen sich hingegen kaum Geschlechterunterschiede.

Österreichische Schüler/innen schätzen ihre Fähigkeiten in Mathematik und Naturwissenschaft höher ein als im EU-Schnitt. Schüler/innen mit guten oder sehr guten Leistungen (Stufe 2 und höher) schätzen ihre Leistungen realistisch ein, leistungsschwache Schüler/innen überschätzen ihre Fähigkeiten teilweise stark. Während dies in Mathematik im europäischen Schnitt ähnlich aussieht, zeigen in Naturwissenschaft deutlich mehr leistungsschwache österreichische Schüler/innen ein realitätsfernes Selbstkonzept (31 %) als ihre europäischen Kolleginnen und Kollegen (23 %).

Familiäre Faktoren

In 19 der teilnehmenden EU-Länder übersteigt der Anteil an Schülerinnen und Schülern mit Migrationshintergrund 5 % – Österreich weist mit 28 % den höchsten Anteil auf. Insgesamt zeigen in etwa drei Viertel dieser Länder Schüler/innen ohne Migrationshintergrund ein höheres Kompetenzniveau als solche mit Migrationshintergrund.

In Mathematik beträgt in Österreich die absolute Differenz 34 Punkte, was mehr als einem halben Lernjahr entspricht. Die größten Leistungsunterschiede innerhalb der teilnehmenden EU-Länder gibt es in Finnland und Schweden. Nur in England schneiden Schüler/innen mit Migrationshintergrund besser ab.

In Naturwissenschaft erzielen Schüler/innen ohne Migrationshintergrund in fast allen EU-Ländern höhere Leistungen. Die Differenzen fallen in allen Ländern höher aus als in Mathematik. In Österreich beträgt die absolute Differenz 66 Punkte, was rund zwei Lernjahren entspricht. Damit gehört Österreich in Naturwissenschaft zur Gruppe mit den größten Leistungsunterschieden zwischen Schülerinnen und Schülern mit bzw. ohne Migrationshintergrund.

Berücksichtigt man den sozioökonomischen Status der Eltern, verringert sich die Punktedifferenz zwischen Schülerinnen und Schülern mit und ohne Migrationshintergrund in beinahe allen Ländern. In Österreich sinkt die Differenz auf 16 (Mathematik) bzw. 44 Punkte (Naturwissenschaft).

In allen EU-Ländern existiert in Mathematik und Naturwissenschaft ein Zusammenhang zwischen den Leistungen der Schüler/innen und der Bildung ihrer Eltern. Im EU-Schnitt beträgt die Leistungsdifferenz zwischen Kindern, deren Eltern einen formal niedrigen Bildungsabschluss aufweisen, und jenen, deren Eltern einen formal hohen Abschluss besitzen, in Mathematik 85 Punkte, in Naturwissenschaft 89 Punkte. In Österreich liegt die Differenz in Mathematik bei 78, in Naturwissenschaft bei 110 Punkten.

Ebenso zeigen alle Schüler/innen, deren Eltern über einen hohen Berufsstatus verfügen, höhere Leistungen in Mathematik und Naturwissenschaft als Kinder von Eltern mit niedrigerem Status. In Österreich beträgt in Mathematik der Unterschied zwischen den Gruppen mit höchstem bzw. niedrigstem Berufsstatus der Eltern 52 Punkte. Damit liegt Österreich im EU-Vergleich im Mittelfeld. In Naturwissenschaft erzielen die Kinder von Eltern mit dem höchsten Berufsstatus 75 Punkte mehr als jene von Eltern mit geringem Berufsstatus – Österreich gehört damit zu den Ländern, in denen ein vergleichsweise starker Zusammenhang zwischen der Kompetenz der Schüler/innen und ihrem familiären Umfeld besteht. Im Fach Mathematik sind schulische Einflussfaktoren in Österreich demnach stärker geeignet, Unterschiede in den Startbedingungen auszugleichen.

Schulische Rahmenbedingungen

Österreichs Lehrpersonen in der Grundschule haben verglichen mit dem EU-Schnitt eine formal niedrigere Ausbildung. Mit einem Zuwachs von 25 % seit der Erhebung PIRLS 2016 zeigen sich starke Tendenzen hin zu einer Ausbildung auf Bakkalaureats-Niveau. Im EU-Vergleich ergibt sich analog zu Befunden aus PIRLS 2016 allerdings kein einfacher Zusammenhang zwischen formalen Abschlüssen und den Schülerleistungen in Mathematik und Naturwissenschaft.

Fachspezifische Fortbildungen in Mathematik werden sowohl in Österreich als auch im EU-Schnitt in einem größeren zeitlichen Ausmaß besucht als in Naturwissenschaft. Acht von zehn Lehrpersonen in Österreich fühlen sich durch Aus- und Fortbildung sehr gut/gut oder zumindest zufriedenstellend auf leistungsschwache Kinder vorbereitet. Weniger als die Hälfte der Lehrpersonen gibt an, sehr gut/gut oder zufriedenstellend auf verhaltensauffällige oder aggressive Kinder vorbereitet zu sein.

An Schulen, an denen die schulischen Rahmenbedingungen aus Sicht der Schulleitung eine hohe bzw. sehr hohe Kompetenzförderlichkeit aufweisen, fallen Schülerkompetenzen tendenziell höher aus als an Schulen, an denen die Schulleitung die schulischen Rahmenbedingungen als weniger förderlich einstuft. In Österreich besuchen sieben von zehn Schülerinnen und Schülern eine Schule, die aus Schulleitungssicht über hohe bzw. sehr hohe kompetenzförderliche Rahmenbedingungen verfügt. Im EU-Schnitt trifft dies auf sechs von zehn Schüler/innen zu. In Österreich erreichen Schüler/innen an Schulen mit als hoch bzw. sehr hoch eingeschätzten kompetenzförderlichen Rahmenbedingungen im Schnitt in Mathematik 26und in Naturwissenschaft 40 Punkte mehr als Schüler/innen an Schulen, deren Rahmenbedingungen als weniger kompetenzförderlich eingeschätzt werden – das entspricht etwa einem halben Lernjahr in Mathematik und rund eineinhalb Lernjahren in Naturwissenschaft.

eTIMSS und Digitalisierung

Mit der Erhebung 2019 führte TIMSS den Wechsel von der papierbasierten zur elektronischen Testung durch. Eine solche Veränderung kann dazu führen, dass Aufgaben anders funktionieren. Dieser sogenannte Moduseffekt wurde in Österreich anhand einer eigenen Stichprobe überprüft. In der Gesamtskala Mathematik zeigt sich dabei ein geringer Effekt, während bei Naturwissenschaft kein Unterschied zwischen den Administrationsformen aufscheint. In den Teilbereichen von Mathematik sind die Effekte in Österreich teilweise in nennenswertem Ausmaß vorhanden.

Zum Erhebungszeitpunkt 2019 sind Österreichs Schulen hinsichtlich des schulischen Equipments bestehend aus Computern, Laptops oder Tablets im EU-Vergleich unterdurchschnittlich ausgestattet. Nur etwa 1 % der Schüler/innen Österreichs (EU-Schnitt: 11 %) kann im Unterricht auf einem eigenen Gerät arbeiten. Vier von zehn Schülerinnen und Schülern haben Zugriff auf gemeinsame Computer im Klassenraum, zwei von zehn stehen Computer in der Schule zur gemeinsamen Verwendung zur Verfügung. Entsprechend selten nutzen Lehrpersonen Computer mit der ganzen Klasse. Auch berichten mehr österreichische Schulleitungen (53 %) als im EU-Schnitt (39 %) über Einschränkungen im Unterricht durch einen Mangel an Computern bzw. Tablets.

Österreichische Grundschullehrkräfte machen im Schnitt weniger Fortbildungen zur Integration von Informationstechnologien in ihren Unterricht als ihre europäischen Kolleginnen und Kollegen. Auch geben Lehrkräfte in Österreich weniger Bedarf an solchen Fortbildungen an.

Die Grundschüler/innen sind allerdings in fast allen Teilnehmerländern "Digital Natives". Im europäischen Schnitt verfügen 95 %, in Österreich sogar 97 % der Schüler/innen zuhause über Zugang zu einem Computer, Laptop oder Tablet. Genauso viele haben zuhause einen Internetzugang. Über ein eigenes Smartphone verfügen etwa drei Viertel der europäischen Viertklässler/innen, in Österreich sind es 71 %.

Schüler/innen, die am Computer getestet wurden, waren mehrheitlich sehr davon angetan. Drei von vier Schülerinnen und Schülern in Österreich gaben an, es "sehr" gemocht zu haben, 21 % mochten es "ein wenig" – das ist vergleichbar mit dem EU-Schnitt der Zustimmung und etwas höher als im internationalen Vergleich aller an TIMSS 2019 teilnehmenden Länder. Befragt nach ihren IT-Kenntnissen gaben acht bis neun von zehn Schülerinnen und Schülern sowohl in Österreich als auch im EU-Schnitt an, mit der Verwendung von Touchscreens gut zurechtzukommen, Informationen im Internet zu suchen oder Texte bearbeiten zu können.

Etwa ein Drittel der österreichischen Schüler/innen gab an, täglich mehr als eine Stunde am Computer oder Handy für die Schule zu üben. Daneben gehören für drei von zehn Schülerinnen und Schülern aber auch über eine Stunde Spiele spielen, Videos ansehen oder fernsehen zur täglichen Routine. Am wenigsten Zeit verbringen Viertklässler/innen mit sozialen Netzwerken oder zum Spaß surfen. Bringt man diese Nutzung mit der Leistung in Mathematik bzw. Naturwissenschaft in Verbindung, zeigt sich ein geringer Zusammenhang – eine häufigere Nutzung geht mit niedrigeren Leistungswerten einher. Allerdings hängen auch häufiges Üben für die Schule und niedrigere Leistungen zusammen. Es kann also kein einfacher Ursache-Wirkungs-Mechanismus angenommen werden.

Weiterführende Informationen

• Ergebnisberichte und Materialien zu TIMSS 2019
• Presseinformation des IQS zu TIMSS 2019
• Häufig gestellte Fragen zu TIMSS
• IEA eTIMSS 2019
• Publikationen des internationalen Studienzentrums
• TIMSS 2019 International Results
• TIMSS 2019 Technical Report
• TIMSS 2019 Encyclopedia